Armis-m.ru

Женский журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Генетический код для похудения

Полусинтетических бактерий научили расшифровывать искусственный генетический код

Бактерии, синтезирующие зеленый флуоресцентный белок

Carlos de Paz / flickr

При помощи искусственной третьей пары оснований в ДНК ученые смогли закодировать аминокислоту, расширив тем самым природный генетический код. Ранее та же исследовательская группа встроила третью пару оснований X-Y в ДНК бактерий и, таким образом, создала первый полусинтетический живой организм. В новой работе, опубликованной в Nature, бактерий научили не просто воспроизводить искусственную ДНК, но и реализовывать закодированную в ней информацию в виде белка.

Эксперименты с кишечной палочкой с расширенным генетическим алфавитом проводит группа под руководством Флойда Ромесберга из Исследовательского института Скриппса в Калифорнии. В нашей заметке вы можете прочитать, как ученые из лаборатории Ромесберга создали полусинтетических бактерий, способных стабильно воспроизводить (реплицировать) ДНК, содержащую помимо «природных» пар нуклеотидов A-T и G-C, лишнюю пару X-Y. Под X здесь скрывается синтетический дезоксинуклеозид dNaM, а под Y — dTPT3. Так как самостоятельно синтезировать дополнительные основания бактерии неспособны, X и Y в виде трифосфатов приходится добавлять в ростовую среду. Чтобы вещества попали в клетку, в геном бактерий ученые встроили ген транспортера из генома водоросли Phaeodactylum tricornutum.

Чтобы полусинтетическая ДНК могла копироваться и передаваться из поколения в поколение, лишние основания должна узнавать ДНК-полимераза. Но чтобы при помощи такой ДНК можно было закодировать белок (собственно, это основная функция ДНК), необходимо адаптировать к синтетическим молекулам гораздо более громоздкий аппарат трансляции. В новой работе ученым удалось это сделать.

Реализация наследственной информации происходит в клетке в несколько этапов. Сначала с ДНК считывается молекула матричной РНК (мРНК), которая служит «инструкцией» для рибосомы в процессе синтеза белка. Последовательность аминокислот закодирована в мРНК в виде последовательности трехбуквенных кодонов. Соответствие кодона и аминокислоты обеспечивает транспортная РНК (тРНК), которая содержит в себе антикодон, комплементарный кодону в мРНК. За правильное присоединение аминокислоты к тРНК отвечает фермент аминоацил-тРНК-синтетаза. Молекула тРНК, «заряженная» нужной аминокислотой, доставляет последнюю на рибосому, где аминокислота включается в белковую цепочку в нужном месте благодаря соответствию кодон-антикодон.

Сверху изображена искусственная пара оснований dNaM-dTPT3 (dX-dY), комплементарность в которой обеспечивается за счет гидрофобных взаимодействий, а не за счет водородных связей, как в канонической паре dA-dT. Внизу представлена схема генетической конструкции, содержащей искусственные основания в составе гена зеленого флуоресцентного белка (sfGFP) и тРНК серина (serT)

Yorke Zhang et al / Nature 2017

На втором этапе ученые присвоили искусственному кодону отдельную, неканоническую (то есть не входящую в двадцатку самых распространенных) аминокислоту. Для этого в «подопытную» кишечную палочку дополнительно ввели гены тРНК и соответствующей аминоацил-тРНК-синтетазы для пирролизина из микроорганизма Methanosarcina barkeri. Включение пирролизина в белок детектировали в первую очередь по свечению бактерий, которое достигло почти 70 процентов от свечения клеток с «натуральным» белком. Включение аминокислоты также детектировали по специфическому присоединению к остатку пирролизина флуоресцентного красителя в составе очищенного белка.

Помимо кодона AXC исследователи протестировали кодон GXC и соответствующий ему антикодон GYC, которые также успешно сработали для пирролизина. Таким образом, природный генетический код удалось расширить сразу на две позиции.

Эффективность встраивания пирролизина (PrK) в белок в позиции 151, закодированного кодоном AXC либо GXC, по сравнению с тирозином (Y), который стоит в этой позиции в белке дикого типа. Видно, что с небольшой вероятностью (1-2 процента) вместо пирролизина могут встраиваться другие аминокислоты, например изолейцин (I) или валин (V), что обусловлено неправильным встраиванием основания напротив X при репликации

Геном красоты: как ДНК-тесты помогают в косметологии

SKIN ART — первая в России клиника, специализирующаяся на превентивной косметологии. Здесь можно пройти генетическое тестирование по разным направлениям. Такая диагностика позволяет точно выбрать, какие процедуры необходимо назначить, и избежать противопоказанных и неэффективных для пациента методов. На основании результатов теста врач-косметолог разрабатывает персональную действенную программу ухода.

В SKIN ART результаты генетического исследования применяются в разных направлениях. Например, при сдаче теста «Косметология» рассматривается комплекс генов, связанных с 17 категориями здоровья кожи. Результаты дают комплексную оценку состояния кожного покрова.

Фото: Пресс-служба

«Трихология» — генетический анализ состояния волос на голове. Тест детально покажет, как волосяной покров усваивает витамины, какие именно добавки ему необходимы. В результате врач-косметолог сможет подобрать эстетические процедуры, средства домашнего ухода и необходимые гостю клиники биологически активные добавки.

« Диетология» — тест для подбора оптимального питания и физических нагрузок для пациента. Генетика — один из определяющих факторов, влияющих на успех при коррекции и поддержании веса. Знание особенностей организма поможет скорректировать подход к составлению программы питания и физических нагрузок. А с помощью ДНК-панели «Активное долголетие» специалисты клиники могут разработать программы профилактики для продления молодости и замедлить процессы старения за счет превентивных мер.

Читать еще:  Гречневая каша утром для похудения

Изучение результатов теста «Антиоксидантная защита» поможет предотвратить риск раннего старения организма и разработать действенные рекомендации по коррекции образа жизни.

Фото: Пресс-служба

Как проходит тестирование?

Ватным тампоном собирается образец эпителия с внутренней стороны щеки, после чего происходит его обработка в лаборатории. Далее врач получает и анализирует результаты теста и проводит для клиента консультацию, где составляет для него персонализированную программу процедур в клинике. Для сдачи генетического теста нет никаких противопоказаний.

Благодаря ДНК-тестированию специалисты SKIN ART знают, что может подойти конкретному человеку, учитывают индивидуальные особенности его организма. На основе этих данных разрабатывается персональная программа ухода и омоложения и подбираются необходимые препараты. Особое внимание уделяется также образу жизни, выбору любимых продуктов, физическим нагрузкам, распорядку дня и даже психоэмоциональному состоянию гостя клиники.

Предупреждаем о необходимости получения предварительной консультации у врача (специалиста) по оказываемым услугам и противопоказаниям. ООО «Скин Арт», лицензия на осуществление медицинской деятельности от 13.07.2020 №ЛО-77-01-020093

Генетические тесты для похудения

Что такое генетические тесты, в чем заключается их польза. Как генетические тесты помогают добиваться успехов в спорте и способствуют процессу избавления от лишнего веса?

Все генетические тесты делятся на две категории, предназначенные для выявления генетических заболеваний и определяющие варианты генов у здоровых людей. Организм каждого человека представляет собой набор уникальной генетической информации, закодированной особенным образом. Гены складываются в генетические коды подобно тому, как буквы складываются в слова и предложения, обретая разный смысл, если заменить всего одну букву, то смысл уже будет другим. Если замена одного гена другим происходит без отклонений от нормы, то это явление носит название полиморфизм, оно наблюдается у 1% здоровых людей, однако, иногда замена одной буквы превращает слово в бессмыслицу. Большинство генетических заболеваний являются моногенными, то есть связанными с повреждением одного гена.

С технической точки зрения анализы для выявления полиморфизма и для определения генетического моногенного заболевания одинаковы. Задачей лаборатории является определение наличия всех генов и их правильной последовательности. При моногенных заболеваниях четко определяется место нарушения гена, благодаря чему его связывают с определенным заболеванием. Что касается полиморфизмов, то исследований бывает недостаточно для того, чтобы выявить связь между вариацией гена и предрасположенностью к какому-то заболеванию его носителя, часто исследования дают противоречивые результаты.

Некоторые полиморфизмы точно соотносятся с риском развития определенных заболеваний, к примеру, тромбоза или сахарного диабета. Однако, генетический код не является приговором, помимо него на вероятность заболевания влияет целый ряд негативных факторов. То есть человек может иметь генетическую предрасположенность к сахарному диабету, но никогда им не заболеть. Осведомленность о своей генетической предрасположенности к тому или иному заболеванию очень важна, если девушка не знает о своей предрасположенности к тромбозам и начинает принимать оральные контрацептивы, то у нее существенно повысится риск тромбоза глубоких вен.

Генетический код человека не меняется, то есть исследовав его один раз, результат можно будет использовать в течении всей жизни. Наука генетика не стоит на месте, поэтому интерпретации генетического кода со временим меняются. На данный момент существуют как хорошо известные, так и малоизученные вариации генов.

Генетические тесты и похудение

Варианты генома оказывают влияние на уровень метаболизма разных веществ, а также на предрасположенность организма к повышенному сжиганию или накоплению жировых отложений.

Женщинам очень важно знать свои особенности метаболизма фолатов, то есть соединений фолиевой кислоты, эти обменные процессы оказывают влияние на женское здоровье, планирование беременности и здоровье будущего ребенка.

Не нужно ожидать, что подобранная с учетом генома диета будет помогать худеть без прикладывания усилий, не последнюю роль в этом вопросе играет психологический настрой. Ученым не удалось выявить генов, влияющих на морально-волевые качества, поэтому ответ на вопрос, определяется ли характер человека генетикой, отсутствует. Диета с учетом генетического кода – это такая же система питания, как и многие другие, только составленная в соответствии с особенностями обменных процессов.

Генетический тест и медикаменты

Каждый лекарственный препарат, попадая в организм человека, подвергается биотрансформации. Какие изменения в организме вызовут препараты, зависит от генов, которые кодируют активность различных биотрансформаций. При выборе препарата для длительного лечения сведения о генетических предрасположенностях будут наиболее важными, так как для некоторых людей дозировки препарата отличаются от общепринятых значений. Это относится к антидепрессантам, противоэпилептическим средствам, препаратам, регулирующим свертываемость крови у пациентов с протезированными клапанами сердца и стентами. Результаты генетических тестов помогают врачу правильно подобрать лекарственный препарат, его дозировку и виды контроля за концентрацией препарата в крови.

Генетические тесты и спорт

Спортивная отрасль генетики на данный момент является наиболее спорной, так как методы применения знаний о вариациях генов полностью не изучены. Были проведены многочисленные исследования с участием молодых спортсменов для определения значимости того или иного варианта генома. Ученым наиболее интересны профессиональные спортсмены, добившиеся высоких достижений. Большая часть научных работ строится на встречаемости того или иного гена у спортсменов разной квалификации в разных видах спорта. Попытка применения полученных знаний к людям, не имеющим отношения к спорту, приносит неоднозначные результаты.

Читать еще:  Вред от резкого похудения

В некоторых видах спорта генетика играет огромную роль, к примеру, для спринта важна генетическая предрасположенность, связанная с соотношением в организме человека медленных и быстрых волокон. Марафонский бег не имеет ограничений, так как для него самым важным критерием является выносливость, а эта характеристика зависит от большого количества комбинаций генов.

Оценка генетических особенностей организма важна для диагностики начинающего спортсмена, однако, следует помнить, что спортивные достижения зависят от множества других факторов, к примеру, от уровня гемоглобина и нервно-психологических особенностей. Диагностика является одной из самых стремительно развивающихся отраслей медицины, скорей всего, в самое ближайшее время результаты спортивной генетики станут более определенными, и их можно будет использовать при выборе спортивной дисциплины для начинающих спортсменов.

Таинственный код нашего генома

  • 4614
  • 3,6
  • 1
  • 5

Расшифровка генетического код стала важным научным событием двадцатого века. Сейчас перед учеными появляются новые загадки о функционировании нашего генома.

Автор
  • Виктория Коржова
  • Редакторы
    • Антон Чугунов
    • Андрей Панов
    • Генетика
    • ДНК

    Последовательность ДНК определяет строение белка с помощью триплетного генетического кода, в котором каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида. Случайные мутации приводят к изменению последовательности нуклеотидов, в результате чего появляются новые варианты белков. Именно так до недавнего времени представляли себе ученые эволюцию белков. Но благодаря исследованиям последних лет оказалось, что помимо генетического кода есть и другие «коды», которые диктуют эволюции белков свои правила.

    Одним из важных свойств генетического кода является его избыточность — каждая аминокислота, как правило, кодируется не одним, а 2–6 кодонами. Интересно, что при этом частота использования разных кодонов, отвечающих за одну и ту же аминокислоту, различается как в прокариотических, так и в эукариотических геномах [1]. У организмов с коротким жизненным циклом предпочтения одних кодонов другим связывают с необходимостью в увеличении эффективности транскрипции и стабильности мРНК [2], [3]. Однако в случае геномов млекопитающих такое объяснение подходит лишь для небольшого количества случаев, поэтому в последние годы ученые активно занимаются изучением особенностей геномов млекопитающих и причин предпочтительного использования тех или иных кодонов.

    Важное значение в частоте использования кодонов играют транскрипционные факторы — к такому выводу пришла группа ученых из Университета Вашингтона под руководством Джона Стаматояннопоулоса (John A. Stamatoyannopoulos). В опубликованной в журнале Science статье обсуждается, как транскрипционные факторы могут управлять эволюцией белков посредством влияния на частоту использования кодонов [4].

    Транскрипционные факторы (ТФ) — это белки, регулирующие транскрипцию генов при связывании с ДНК. ТФ могут повышать транскрипцию или снижать ее, влияя, таким образом, на количество мРНК и белка, соответствующих определенному гену. Долгое время считалось, что ТФ связываются только в некодирующей (не содержащей генов) части ДНК. В своем новом исследовании группа Стаматояннопоулоса выяснила, что на самом деле во многих генах человека ТФ связываются с кодирующими последовательностями ДНК (т.е. с теми, которые являются частью генов). Так как эффективность связывания ТФ с ДНК зависит от того, какие именно нуклеотиды находятся в сайте связывания, ТФ могут снижать возможное разнообразие кодонов в местах своей посадки (рис. 1). При этом даже нейтральные с точки зрения белка мутации (те, при которых последовательность аминокислот не меняется благодаря избыточности генетического кода) могут изменять эффективность связывания ТФ с ДНК и становиться материалом для естественного отбора. Получается, что эволюция белков определяется не только хорошо изученным генетическим кодом, но и другим особенным кодом — «кодом связывания ТФ». Ранее были описаны и некоторые другие «регуляторные» коды, которые контролируют организацию хроматина [5], пространственную структуру и сплайсинг мРНК [5], [6], эффективность трансляции [7], ко-трансляционный фолдинг белков [8] (рис. 2). Все они могут влиять на предпочтительное использование тех или иных кодонов.

    Рисунок 1. Неслучайная частота использования кодов в дуонах в местах связывания ТФ с ДНК. На гистограмме видно, что частота использования некоторых кодонов на 5–15% выше в дуонах, чем вне дуонов. В случае аргинина кодон AGA, напротив, гораздо реже встречается в дуонах, чем в других участках генома. В левой части рисунка — распределение частоты использования разных кодонов на примере кодонов для аспарагина и лейцина.

    Насколько в геноме распространено применение дополнительных «регуляторных» кодов, которые перекрывают генетический код, и какое влияние они оказывают на эволюцию белков? Сотрудники лаборатории Стаматояннопоулоса попытались ответить на этот вопрос при исследовании «кода связывания ТФ». Чтобы выявить участки ДНК, связывающиеся с ТФ, они применили метод картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I. Этот фермент разрушает одноцепочечные участки ДНК — если только они в этот момент не связаны с ТФ (в таком случае они сохранятся). Ученые исследовали 81 тип человеческих клеток, определив точные нуклеотидные последовательности связанных с ТФ участков генов. Оказалось, что приблизительно 14% кодонов в 86,9% генов человека связаны с различными транскрипционными факторами. В своей статье исследователи предлагают называть эти участки генов «дуонами», т.к. они кодируют два типа информации — информацию о белковой последовательности в виде генетического кода и информацию об экспрессии гена с помощью связывания ТФ. Для нормальной экспрессии гена необходимо связывание ДНК с ТФ, поэтому существуют определенные ограничения на использование различных кодонов, обусловленные строением ДНК-связывающего участка ТФ.

    Читать еще:  Дали для похудения за 3 дня

    В геноме человека широко распространены однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphisms, SNP) — различия последовательности гомологичных генов разных людей на один нуклеотид. Могут ли такие однонуклеотидные различия повлиять на эффективность связывания ТФ с ДНК? Чтобы узнать это, ученые из лаборатории Стаматояннопоулоса нашли на полученной ими карте дуонов почти 600 тыс. известных сайтов SNP, связанных с развитием какого-либо заболевания или проявлением определенного фенотипического признака. Оказалось, что 17,4% сайтов полиморфизма изменяют результаты картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I, т.е. они, вероятно, снижают эффективность связывания ТФ с ДНК. Это изменение не зависит от того, является ли данный полиморфизм синонимичным или несинонимичным (т.е. влияет ли замена нуклеотида на замену аминокислоты в белке). Интересно, что значительная часть несинонимичных замен, хотя и приводит к изменению последовательности белка, не приводит к нарушению его функций. В этих случаях изменения нуклеотидной последовательности приводят только к нарушению связывания ТФ с ДНК. Эта находка поддерживает гипотезу о том, что SNP в кодирующей ДНК могут приводить к развитию заболеваний без влияния на функцию белка [9], [10]. Поэтому при изучении роли SNP в различных заболеваниях и при исследовании экзома необходимо учитывать весь спектр «регуляторных кодов», взаимодействующих с последовательностью гена.

    «Регуляторные коды» далеко не всегда мирно и гармонично сосуществуют. В генах плодовой мушки Drosophila melanogaster ближе к концу экзонов наблюдается резкое снижение частоты использования оптимальных для трансляции кодонов и повышение частоты использования кодонов, которые облегчают сплайсинг мРНК [11]. Это показывает, что в ходе эволюции потребность в точном сплайсинге была выше, чем потребность в более эффективной трансляции. Также при исследовании дуонов и других ТФ-связывающих участков ДНК оказалось, что среди этих последовательностей нет стоп-кодонов.

    Рисунок 2. «Тайные коды» нашего генома, которые определяют частоту использования кодонов и выбор аминокислот в эволюции белков, независимо от выполнения белком его функций

    Что же может обеспечить взаимовыгодное соседство «регуляторных» и генетического кодов? Одним из ключевых ограничений для белок-кодирующих генов является то, что последовательность гена должна обеспечивать нормальный фолдинг кодируемого белка. Мутации, нарушающие правильную укладку, с большой вероятностью будут отсеяны как вредные. Можно предположить, что когда необходимость правильного фолдинга отсутствует (например, в неструктурированных белках [12]), белок-кодирующая последовательность может содержать большее количество регуляторных элементов для различных «регуляторных кодов». Действительно ли это так, помогут узнать дальнейшие исследования.

    Несмотря на то, что в работе Стаматояннопоулоса и его коллег было сделано много интересных наблюдений о функционировании «кода связывания ТФ», некоторые вопросы остаются открытыми. Например, авторы статьи отмечают, что ТФ гораздо реже связываются с генами с высокой экспрессией, но не ясно, как ТФ при связывании с белок-кодирующими участками ДНК могут воздействовать на транскрипцию этих генов. Возможно, что связывание ТФ в данном случае вызывает активацию альтернативного промотора или соседнего гена, снижая таким образом экспрессию гена с ТФ-связывающей последовательностью. С другой стороны, этот эффект может быть связан с перестройкой хроматина, которая приводит к снижению экспрессии ряда генов.

    Новые исследования помогут ученым лучше понять, как различные «регуляторные коды» взаимодействуют друг с другом и с генетическим кодом. Интересно узнать, всегда ли природа могла найти оптимальное решение при сочетании разных кодов, или иногда возникали противоречия, приводящие к неоптимальным или вредным последствиям. Например, может оказаться, что белок-кодирующие последовательности ДНК, которым «трудно справиться» с обилием и разнообразием регуляторных элементов, активно используются патогенами при инфицировании хозяина. Обнаружение перекрывающихся «регуляторных кодов» в нашем геноме открывает новые перспективы для интерпретации различий и особенностей в последовательностях ДНК и указывает на то, что исследование генетического кода еще не подошло к концу.

    Перевод редакционной колонки журнала Science [13].

  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector